Στις 15 Ιουνίου 1991, το ηφαίστειο Πινατούμπο, στις Φιλιππίνες, εξερράγη προκαλώντας μία κατακλισμιαία έκρηξη, τόσο βίαια, που το ηφαίστειο κάτα κάποιο τρόπο “αυτοκατέρρευσε”. Το αέριό του και το σύννεφο στάχτης έφτασαν μία ακτίνα περίπου 40km στον αέρα και στις εβδομάδες που ακολούθησαν, το σύννεφο αυτό, έφτασε στη στρατόσφαιρα και διαχύθηκε σε όλον τον πλανήτη. Την επόμενη χρονιά η μέση παγκόσμια θερμοκρασία έπεσε κατά περίπου 0.5°C.
Το ηφαίστειο αποτελεί ένα “άνοιγμα” από τα έγκατα της γης το οποίο επιτρέπει στα πραγματικά ζεστά, λιωμένα πετρώματα να αποδράσουν στην επιφάνεια. Επιτρέπει ακόμη στο αέριο και στη στάχτη να αποδράσουν από το καυτό εσωτερικό του πλανήτη.
Οι ηφαιστειακές εκρήξεις παίζουν σημαντικό ρόλο στην μείωση της θερμοκρασίας του πλανήτη. Τα αέρια του θείου που εξέρχονται από το εσωτερικό συνδιάζονται με άλλα αέρια στην ατμόσφαιρα και αυτά τα αερολύμματα διαχέουν την ηλιακή ακτινοβολία, αντανακλώντας τη στο χώρο. Αλλά οι επιστήμονες ανησυχούν ότι η κλιματική αλλαγή μπορεί να κάνει τις εκρήξεις λιγότερο αποτελεσματικές ως προς τη μείωση της παγκόσμιας θερμοκρασίας. Αυτό το feedback loop, στο οποίο η κλιματική αλλαγή θα μπορούσε να παρεμποδίσει ή να μειώσει δραστικά την ικανότητα των ηφαιστειακών εκρήξεων να αντιμετωπίζουν αυξανόμενες θερμοκρασίες, για την ώρα δε συμπεριλαμβάνεται στα σενάρια που προσπαθούν να προβλέψουν το πως θα είναι το κλίμα στο μέλλον.
Το VOLCPRO project προορίζεται να ερευνήσει δύο διαφορετικούς τύπους εκρήξεων για να εξακριβωθεί το αν η παγκόσμια αύξηση της θερμοκρασίας θα περιόριζε τη “δροσιστική” τους επίδραση.
Ο Thomas Aubry, ερευνητής στο πανεπιστήμιο του Cambridge στο Ηνωμένο Βασίλειο και research fellow των Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) στο project VOLCPRO, αναρρωτήθηκε το κατά πόσο μία έκρηξη σαν του Πινατούμπο θα μπορούσε να έχει την ίδια επίδραση με αυτήν που θα είχε πριν από 100 χρόνια σε έναν κόσμο όπου η αύξηση της παγκόσμιας θερμοκρασίας συνεχίζει να παραμένει άνευ ελέγχου.
Έκρηξη υψηλής έντασης
Ο πρώτος τύπος της έκρηξης, όμοια με αυτή του Πινατούμπο, είναι γνωστή ως έκρηξη υψηλής έντασης. Αυτό ο τύπος έκρηξης εκπέμπει μεγάλα φορτία στάχτης και σωματιδίων που μπορούν να φτάσουν ως και 25km ή και ψηλότερα, στην ατμόσφαιρα κι εμπεριέχουν δισεκατομμύρια τόνων αερίων του θείου. Σπάνια, μία έκρηξη αυτού του πολύ δυνατού μεγέθους συμβαίνει κάθε λίγες δεκαετίες. Η έκρηξη του Πινατούμπο ήταν μία από τις μεγαλύτερες εκρήξεις που ο κόσμος είχε δει μέσα σε έναν αιώνα.
Ο δεύτερος τύπος εκρήξεων είναι μικρότερος αλλά πιο συχνός. ‘Αναρωτιόμασταν το πως η κλιματική αλλαγή θα επηρρεάσει αυτούς τους δύο διαφορετικούς τύπους εκρήξεων, μικρής και μεγάλης έντασης,’ είπε ο Aubry.
“Περισσότερη παγκόσμια υπερθέρμανση, περισσότερη “ηφαιστειακή ρύθμιση”.
Η ομάδα του προγράμματος VOLCPRO μοντελοποίησε ιστορικές εκρήξεις αναπαριστώντας την επιρροή τους στο κλίμα κι εξομοίωσαν το τι θα συνέβαινε αν οι εκρήξεις αυτές συνέβαιναν αργότερα όταν το κλίμα έχει αλλάξει και οι παγκόσμιες θερμοκρασίες είναι υψηλότερες.
Οι εξομοιώσεις τους βασίστηκαν στο κλιματικό μοντέλο του UK Met Office. ‘Μέσα σε αυτό (UK Met Office) το μοντέλο, προσθέσαμε ακόμα ένα μοντέλο που μπορεί να εξομοιώσει την άνοδο της ηφαιστειακής τέφρας και συγκεκριμένα το πώς μπορεί να αυξηθεί, για παράδειγμα, σε σχέση με τον αέρα κατά τη διάρκεια της έκρηξης ή με τη θερμοκρασία που θα υπάρχει στην ατμόσφαιρα την ίδια μέρα κλπ είπε ο Aubry.
Για τις μεγάλες εκρήξεις, ‘βρήκαν ότι υπάρχει μια συσχέτιση ανάμεσα στην ηφαιστειακή δραστηριότητα και την παγκόσμια υπερθέρμανση,’ είπε ο Aubry. ‘Περισσότερη υπερθέρμανση, περισσότερες ηφαιστειακές εκρήξεις που οδηγούν σε μείωση της θερμοκρασίας.’
Σε μία θερμότερη ατμόσφαιρα, οι τέφρες των εκρήξεων υψηλής έντασης θα ανεβαίνουν ακόμη ψηλότερα, επιτρέποντας στα μικρά ηφαιστειακά σωματίδια να ταξιδεύουν μακρύτερα. Αυτή η ομίχλη των αερολυμμάτων θα καλύπτει μεγαλύτερη περιοχή, αντανακλώντας περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία κι αυξάνοντας αυτές τις βραχυπρόθεσμες “δροσιστικές” επιδράσεις.
Φαίνεται πως δε συμβαίνει όμως το ίδιο με τις μικρότερες, πιο συχνές ηφαιστειακές εκρήξεις. Σε αυτές τις περιπτώσεις, οι υψηλότερες θερμοκρασίες μείωσαν τις επιδράσεις αυτές.
Παρ’ όλα αυτά, πριν αρχίσουν να δημοσιεύουν τα ευρήματα της έρευνάς τους, ο Aubry θέλει να ερευνήσει κι άλλα ηφαίστεια, κι άλλα μοντέλα ώστε να ενισχύσει την επιστημονική βεβαιότητα των αποτελεσμάτων.
Το πρόγραμμα VOLCPRO εστίασε σε τροπικά ηφαίστεια, καθώς οι ηφαιστειακές εκρήξεις γύρω από τον ισημερινό τείνουν να επηρρεάζουν το κλίμα παγκοσμίως διότι τα ηφαιστειακά σωματίδια διαχέονται και στα δύο ημισφαίρια ευκολότερα. Συμπεριλαμβάνοντας τα ηφαίστεια τα οποία βρίσκονται πιο κοντά στους πόλους, οι ερευνητές θα μπορούν να καταλάβουν το πώς άλλες εκρήξεις αλληλεπιδρούν με τις υψηλότερες θερμοκρασίες. Θέλουν ακόμη να συμπεριλάβουν περισσότερα κλιματικά μοντέλα, όχι μόνο του Ηνωμένου Βασιλείου, ώστε να σιγουρέψουν ότι τα αποτελέσματά τους είναι ορθά και χρήζουν γενίκευσης.
Ηφαιστειακή στάχτη
Στο μεταξύ,η Elena Maters, μία πρώην MSCA fellow που τώρα είναι εγκατεστημένη στο πανεπιστήμιο του Cambridge στο Ηνωμένο Βασίλειο, δουλεύει στο να καταλάβει τι συμβαίνει στην ηφαιστειακή στάχτη στην ατμόσφαιρα και πως επηρρεάζει το σχηματισμό νεφοκάλυψης κι εν τέλει το κλίμα.
Η ηφαιστειακή στάχτη προωθεί ένα σχηματισμό πάγου στην ατμόσφαιρα η οποία τελικά αντικαθιστά το νερό στα σύννεφα. Τα σύννεφα είναι ένα από τα μεγαλύτερα ερωτήματα σε μία κλιματική έρευνα, κι όσο περισσότερο καταλαβαίνουμε τη δομή τους και τη συμπεριφορά τους, τόσο πιο ακριβή θα είναι τα μοντέλα μας.
‘Τα πιο κοινά συμπεράσματα είναι ότι το υγρό νερό θα μετατραπεί σε πάγο σε βαθμούς υπό το μηδέν,’ εξήγησε ο Maters. Αυτή είναι απλώς η περίπτωση ότι μικρές σταγόνες μπορούν να παραμείνουν σε υγρή μορφή ακόμη και σε περίπου – 35 °C. Αλλά τα σωματίδια στην ατμόσφαιρα δημιουργούν ‘καταλυτικές επιφάνειες οι οποίες διευκολύνουν τα συστατικά του νερού να σχηματίσουν κρυσταλλικό πάγο.’
Ορυκτή σκόνη, από άμμο που προέρχεται από ερημικές περιοχές παγκοσμίως, όπως η Σαχάρα κι η έρημος Gobi, αποτελεί κυρίαρχη πηγή σωματιδίων στην ατμόσφαιρα. Παρ’όλα αυτά υπάρχουν πολλές άλλες πηγές, συυμπεριλαμβανομένης της ηφαιστειακής στάχτης.
Το INoVA project επιδίωξε να αναδείξει το βαθμό που η ηφαιστειακή στάχτη βοηθάει στο σχηματισμό πάγου.
“Μπορείς να έχεις μεγάλες εκρήξεις οι οποίες γρήγορα (…) αφήνουν τεράστιες ποσότητες σωματιδίων, κάτι που έχει αμεληθεί σε πολλά μοντέλα.
‘Σε ετήσιο μέσο όρο, υπάρχει περίπου 10 φορές λιγότερη ηφαιστειακή στάχτη (σε σχέση με την ορυκτή σκόνη) στην ατμόσφαιρα,’ είπε η Maters. ‘Αλλά μπορείς να έχεις μεγάλες εκρήξεις που μπορούν γρήγορα, σε χρονικό διάστημα ωρών ως ημερών να απελευθερώσουν τεράστιες ποσότητες σωματιδίων, κάτι που έχει αγνοηθεί από πολλά κλιματικά μοντέλα ακόμη και σε κάποια που σχετίζονται με τις συνέπειες των ηφαιστείων.’
Σχηματισμός πάγου
Ως μέρος του προγράμματος INoVA, η Maters and συνάδελφοι ερεύνησαν την αποτελεσματικότητα της ηφαιστειακής στάχτης στο σχηματισμό πάγου. Σύγκριναν τη στάχτη αυτή με την ορυκτή σκόνη, εξετάζοντας το πια είναι πιο αποτελεσματική.
Η ηφαιστειακή στάχτη είναι περισσότερο “γυάλινη”, με ένα ψέκασμα από ορυκτά όπως άστριοι κι οξείδια του σιδήρου. Η σύνθεση της στάχτης εξαρτάται από το μάγμα το οποίο “στροβιλίζεται” από κάτω από την επιφάνεια, κι από την ταχύτητα με την οποία βγήκε από το ηφαίστειο καθώς κι από άλλους παράγοντες.
Προηγούμενη έρευνα σύγκρινε μόνο λίγους τύπους ηφαιστειακής στάχτης, είπε ο Maters, του οποίου η έρευνα εστιάζει στη χημεία και στην αντιδραστικότητα της ηφαιστειακής στάχτης. ‘Δε μπορείς να μετρήσεις δύο ή τρία δείγματα και να εξάγεις ένα συμπέρασμα για όλην την ηφαιστειακή στάχτη και τις ηφαιστειακές εκρήξεις παγκοσμίως. Διαφοροποιούνται έντονα ως προς τη σύνθεσή τους, την αναλογία και τον τύπο των ορυκτών και τα πειράματα που έκανα προσπαθούσαν να πιάσουν το κοινό εύρος της αποτελεσματικότητας της ηφαιστειακής στάχτης από διαφορετικούς τύπους εκρήξεων” είπε.
Η Maters πήρε εννέα δείγματα με ένα εύρος συνθέσεων και τα χρησιμοποίησε για να δημιουργήσει εννέα συνθετικά δείγματα από λιώσιμο και ταχεία ψύξη. Συγκρίνει αυτά τα 18 δείγματα ώστε να εντοπίσει ποιες από τις ιδιότητες της κάνει την ηφαιστειακή στάχτη περισσότερο ενεργή στη δημιουργία πάγου. Σε μια άλλη μελέτη με ένα γκρουπ του ινστιτούτου Τεχνολογίας στο Karlsruhe της Γερμανίας, η Maters και οι συνάδελφοι ανέλυσαν άλλα 15 δείγματα ώστε να εντοπίσουν αυτές τις ιδιότητες.
Πρότεινε ότι το πιο ενεργό συστατικό για τη δημιουργία πάγου είναι το αλκαλικό άστριο, ένα ορυκτό το οποίο αποελείτε από αλουμίνιο, σιλικόνη κι οξυγόνο το οποίο συναντάται συχνά στο εσωτερικό της Γης. ‘Τώρα, έχοντας καταλάβει το ποια ορυκτά είναι καλά στη δημιουργία πάγου ,’ είπε η Maters, ‘ενδεχομένως να μπορείς να προβλέψεις όταν ένα ηφαίστειο εκρήγνυται, το κατά πόσο, βάση της δομής του μάγματος, θα μπορούσε να παράγει στάχτη ικανή να παράγει πάγο.’
Ενώ η δουλειά της ήταν προηγουμένως πολύ βασισμένη σε εργαστήριο, η πανδημία Covid την έχει αναγκάσει σε δημιουργία μοντέλων, ανέφερε αστειευόμενη. Τώρα διερευνά τις εκρήξεις του ηφαιστείου Eyjafjallajökull που έγιναν στην Ισλανδία το 2010 ώστε να διαπιστώσει το πως αυτή η έκρηξη συνετέλεσε στη δημιουργία πάγου και το πώς αυτά τα σωματίδια συνετέλεσαν στην αφθονία ορυκτής σκόνης.
Η έρευνα θα αναδείξει το πως η ηφαιστειακή στάχτη παίζει κάποιο ρόλο στη δημιουργία πάγου όταν αυτή εισέρχεται στην ατμόσφαιρα. Θα συγκριθεί με άλλους τύπους πάγου όπως ορυκτή σκόνη και αναρωτιέται: “Έχει σημασία;”
Καθώς αναπτύσσονται καλύτερα κλιματικά μοντέλα, ‘Είναι μία απόδειξη να δηλώσεις και να παρουσιάσεις ότι οι εκρήξεις θα μπορούσαν να είναι σημαντικό να συμπεριληφθούν’, είπε η Maters.
Η έρευνα σε αυτό το άρθρο χρηματοδοτήθηκε από την ΕΕ. Αν σας άρεσε, μοιραστείτε το στα social media.